地球为什么会有磁场?

喵星小小懒


我们知道地球本身就像一块“大磁铁”,这个大指的是个头大,而不是磁场强度强。地磁场本身是很弱的,大概是25-65微特斯拉,即1特斯拉的十万分之一。

作为比较,冰箱磁铁的典型数值是5毫特斯拉,即1特斯拉的千分之一量级。太阳黑子的典型磁场强度是0.3特斯拉,核磁共振的磁场强度是1.5-3特斯拉。

物理实验中用的超导磁铁可以达到3-8特斯拉,之所以要用超导磁铁,是因为需要太强的电流才能产生这么强的磁场。如果是用正常导体的话,由于导体的电阻不是零,导线会因为产生太多的热量而熔化。

地球磁场的来源很复杂,细节很多,目前还没有最后定论。根据我了解到的信息,大致讲一下这里的思路。

地磁场可以保护地球免受太阳风中带电粒子的撞击。在太阳系的早期,地磁场很弱,而太阳风很强。

首先在太阳系诞生的早期,猛烈的太阳风会产生比现在强的多的磁场。地球在轨道上运动,会受到这些磁场的作用。

假设地球本身是个导体的话,地球就会因为“穿过”磁场而感生出电流,这些电流在导体中动起来,是会产生磁场的,这就是所谓“发电机机制”。

问题是:地球为什么会是个导体?

我们知道地球的半径是6370公里,其中铁合金存在的区域是最里面的3400公里。

地球的最中心是一个固态的(铁)核,半径有1220公里,温度高达6000开尔文,之外是个液态区域,液态区域的外面是地幔,温度是3800开尔文。

由于地幔和地核之间巨大温差的存在,液态铁会在温度的驱动下产生对流,即热的液体上升往冷的地方浮,而冷的液体下降往地球中心沉。

同时地球本身还在自转,在科里奥利力的作用下,液态铁会“旋转”起来,形成“环流”。这些环流就像螺线管上的电线,一旦电流在其中形成定向运动就会产生磁场。

为了维持地球的磁场,就必须维持液态铁中的电流,必须与电流的“欧姆损耗”抗衡。这里又是地核与地幔之间的温度差提供了驱动作用,从微观的角度说温差电效应会顺着温度的梯度建立温差电势。

现在维持地核与地幔之间的温度差就成了维持地磁场的关键。

首先地球的核心是热源,除了地核之外的物体下落到地核本身可以提供引力能外,地核还存在放射性元素,天然放射性为地核维持高温提供了主要的能源。

地球上的主要天然放射性同位素,半衰期基本上都是十亿年数量级。

其次,最近的某些研究指出,在高温高压下液态铁本身的热导率不高,换句话说地核的热向外散失的速率较低。最后地幔就像一个大棉被也起着保温隔热作用。

总之,地球中心保持着相对很高的温度,而且维持着极低的散热速率,使得地球在太阳系诞生早期感应产生的电流一直维持到现在,这就是今天我们观察到的地球磁场的来源。


物理思维


最简单的回答是:不知道!


目前地球磁场的构型如上图所示,其磁极的南北极方向和地球的自转轴的地理南北极不完全重合,而且在地球的历史上南北磁极出现过多次的倒转,也就是南北极互换。但是地球磁场的起源仍然是地球物理学的重大未解之谜之一,由于这不是我的研究领域,我不清楚目前最新的研究进展,只能介绍一下所谓的“主流”理论模型,也就是所谓的“发电机机制”,而这也被认为是大部分天体,比如太阳、恒星和太阳系内其他有磁场的行星的磁场的起源的主要机制。

“发电机机制”的主要原理是基于地球的内部结构,也就是地球的核心(称为“地核”)里面有高温的导电流体,地核的冷却主要是靠和地幔的对流,这样就产生了运动的导电。假如地球内部一开始有微弱的“种子”磁场(比如局部的微弱电流就可以产生局部的微弱磁场),导电的流体随着地球的转动就会和“种子”磁场作用,类似于通电的线圈在永久磁铁中的相对运动,根据法拉第电磁感应定律将会产生感应电流,如上图的螺旋所示,这个过程类似于发电机,所以称为发电机机制。而电流环又如上图所示会产生产生磁场(电磁铁的磁场就是这么产生的),最终就形成了地球的偶极磁场结构。由于这个过程需要局部微弱电流产生的“种子”磁场,所以这个机制也被称为“自激发发电机机制”。



至于地球的磁场的长期演化以及为什么会倒转,目前也没有彻底解决,但是肯定和地球内部的结构的形成和演化有密切关系。随着人们对于地球内部结构的进一步研究,相信最终会彻底揭开地球的磁场的起源和演化之谜。


最后声明:由于太忙,我没有时间读我回答后面的评论和发给我的私信,当然也无法回答评论里面提出的问题和回复私信。如果您希望我回答您的问题,请在悟空问答提出,然后邀请我回答,我会在方便的时候挑一些问题回答。

张双南


地球为什么会有磁场?

答:在112年前1905年12月6日 ,挪威探险家阿蒙森探明地球有磁极。现在,让我们来了解一下,为什么地球会有磁场!

对于地球磁场的产生,古时曾流传着它来自北极星的神话。随着近代科学技术的发展,人们对地球磁场的观测不断增多,对地球结构的研究不断深入,先后出现了许多学说,试图解释地球磁场的产生,但并没有一个定论。有人认为地球内部有一个巨大永磁体并导致地球磁场产生;有人认为地球内部有巨大的电流而导致强大电磁场形成;还有人认为,是地球内部放射性物质所产生的热量造成地球内部温差从而产生了电流并形成磁场;除此之外,关于地球磁场的学说还有旋磁效应、霍尔效应、电磁感应等。但以上这些假说,没有一种能够充分解释地球磁场的存在。

法国科学家安培在一百多年前就已揭示了"磁现象的电本质\

凤栖夕阳


我本想说不知道。但现在我想一本正经的胡说八道一回。

关于地球磁场的来源,早期历史上曾有来自北极星的传说,但是到公元17世纪初就已经认识到地球本身就是一个巨大的磁体,不过当时仍不清楚地球磁场是怎样产生的。随着科学的发展,对于地球磁场观测和地球结构的研究不断增多和深入,对地球磁场的来源先后提出了10多种学说。这里按照历史的先后对一些各有一定根据或设想的地球磁场来源学说作简单介绍:(1)永磁体学说,是最早提出的一种学说,认为地球内部存在巨大的永磁体,由这永磁体产生地球磁场,但后来认识到地球内部温度很高,不可能存在永磁体;(2)内部电流学说,认为地球内部存在巨大的电流,形成巨大电磁体产生地球磁场,但是既未观测到这种巨大电流,而且巨大电流也会很快衰减,不会长期存在;(3)电荷旋转学说(公元1900年,简写作1900),认为地球表面和内部分别分布着符号相反、数量相等的电荷,由地球自转而形成闭合电流,由此电流产生磁场,但这学说缺乏理论和实验基础;(4)压电效应学说(1929),认为在地球内部物质在超高压力下使物质中的电荷分离,电子在这样的电场中运动而产生电流和磁场。但理论计算出这样的磁场仅有地磁场的约千分之一(10-3);(5)旋磁效应学说(1933),认为地球内的强磁物质旋转可以产生地球磁场,但这种旋磁效应产生的磁场只有地球磁场的大约千亿分之一(10-11);(6)温差电效应学说(1939),认为地球内部的放射性物质产生的热量,使熔融物质发生连续的不均匀对流,这样产生温差电动势和电流,由此电流产生地球磁场,但理论估计也同地球磁场不符合;(7)发电机学说(1946-1947),认为是地球内部的导电液体在流动时产生稳恒的电流,由这电流产生地球磁场;(8)旋转体效应学说(1947),是根据少数天体观测得到的经验规律,认为具有角动量的旋转物体都会产生磁矩,因而产生磁场。这一学说需要使用一无科学根据的常数,5年后又被提出这一学说的科学家根据精密的实验结果加以否定了;(9)磁力线扭结学说(1950),认为在地球磁场磁力线的张力特性和地核的较差自转,会使原始微弱的地球磁场放大,由此产生地球磁场;(10)霍尔效应学说(1954),认为在地球内部由于温度不均匀产生的温差电流和原始微弱磁场的同时使用下,会由霍尔效应产生霍尔电动势和霍尔电流,由此产生地球磁场;(11)电磁感应学说(1956),认为由太阳的强烈磁活动通过带电粒子的太阳风到达地球后,会通过地球内部的电磁感应和整流作用产生地球内部的电流,由此产生地球磁场。在这些学说中,只有发电机学说(又称磁流体发电机学说)在观测、实验和理论研究上得到较多的证认,是目前研究和应用较多的地球磁场学说。但是由于地球内部结构较复杂,影响地球磁场的因素又很多,因此这方面的观测、实验和理论等方面的研究仍需要不断地进行。图5是地球内部构造与地球磁场的示意图,地球从外到内分为地壳层(岩石层)、地幔层、外地核层和内地核层。地壳主要为硅-铝氧化物和硅-镁氧化物等,地幔层主要为铁-镁硅酸盐和铁的氧化物和硫化物,外地核层和内地核层主要为铁(约90%)和镍(约10%)金属,外地核层呈液态,内地核层呈固态。从地壳层到内地核层,温度越来越高,压力也越来越大。地球磁场主要产生在液态金属的外地核层。

  关于地球磁场反向的学说,也有近10种,主要有非偶极型磁场变化学说(1964),无规磁场起伏学说(1968),地核流体对流对称性变化学说(1969),地核流体对流区分布变化学说(1969),地核三偶极型磁场学说(1969),偶极型磁场变化学说(1971),双偶极型磁场学说(1975),银河星系旋臂干扰学说(1974),地外天体撞击学说(1987)等。前7种地球磁场反向学说来自地球内部,可称为内源说,后2种地球磁场反向学说来自地球以外天体的干扰或撞击,可称为外源说。

从以上的介绍可以看出,不论是地球磁场及相关磁现象的研究和应用,还是地球磁场和地球磁场反向的来源的学说,内容都是很丰富的,有的方面在科学意义上或是在应用价值上还是十分重要的。


谷雨润苗


是否可以这样理解,磁体周围存在磁场,地球本身也是一个庞大的磁体,因为在地心引力的作用下,地球对铁,钴,镍等物体有吸引力,地球的磁性体现出来,从而产生了磁场,猜想,任何物体足够大,会产生磁场,望有专家论证!


浙北老顽童


地球磁场的存在是为了吸收太阳风暴,也就是为了保护地球生命。地球两极之所以有磁场,大概是因为两极有产生磁场的物质以及本身的自转造成的,至于为什么两极拥有磁性物质,我想这是造物主的杰作。


仰望802315


地球磁场是自身内部物质结构形成的“天然”正负电荷绕缠,说远一点,是原始星云中一个带电离子比较活跃的星际“尘岩”,(这一点相当重要)或者说,地球延续了其“始祖”基因物,总之,宇宙中的物质不是一个所谓的“模块”点,是混成一体的多维度分布……


老顽童142246085


自从世界有了科学,我们本能的认为科学可以解释一切,然而却发现一切好似没有尽头。

就算最简单的四个字“淡忘生死”又有几人能够做到。其实我们最渴求的答案应该只有一个:生命的意义到底是什么?



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